Результаты исследований экспериментального вакуумного насоса шлангового типа для доильных установок

Введение. Эффективность работы доильных установок и технологии машинного доения в целом определяется в большей степени постоянным вакуумным режимом в технологических линия доильных установок различных модификаций, в том числе малогабаритных.

Анализ исследований отечественных и зарубежных учёных в области машинного доения коров показал, что даже незначительное нарушение параметров вакуумного режима доильной установки приводит к росту маститных заболеваний коров, тем самым снижая их продуктивность и качество молока.

Низкоэффективная работа доильных установок в первую очередь объясняется нарушениями вакуумного режима.

Надежность вакуумного насоса определяется его подачей, что в свою очередь обеспечивает сохранение постоянного вакуумного режима в процессе использования доильной установки. В этом отношении значительный интерес представляет шланговый насос, исследованию которого посвящена настоящая работа.

Методика исследования. При проведении исследований решены следующие задачи: а) определены физико-механические свойства материалов насоса в условиях работы под воздействием вакуума; б) установлены регрессионые зависимости для определения объемной подачи вакуумного насоса шлангового типа с учетом всех влияющих на нее факторов; в) определена сила сопротивления движению ролика ротора по рабочей эластичной оболочке в зависимости от типа используемого материала и противодавления в корпусе насоса; г) уточнены закономерности деформации эластичной оболочки насоса.

В опытах использован шланговый насос перистальтического типа по патенту № 2480626 «Ротационный вакуумный насос шлангового типа». Особенностью его является наличие трех секций, обеспечивающих получение разрежения различного уровня, и вакуумирование корпуса насоса со шлангами, что позволяет устранить перепад давлений на шланги и снизить поперечные нагрузки на них.

На рисунке 1 представлена общая схема экспериментальной установки.

Подача ротационного вакуумного насоса шлангового типа измерялась индикатором ротаметрического типа РМ-А-0,25. Основная допустимая погрешность такого ротаметра составляет 2,5%, что вполне допустимо для данных измерений.

Глубина вакуума измерялась вакуумметром образцовым МТИ 1216 ГОСТ-ТУ 25-05-1664-74 с погрешностью до 1%.

В качестве ревизионного вакуумметра и регулятора расхода воздуха служил индикатор производительности вакуумных насосов КИ-4840м (ТУ 10-ЭД1.16.0004.176 -88) с вакуумметром МПЗ-УУ2.

Число оборотов ротора насоса регулировалось с помощью вариатора 3 и измерялось тахометром часовым марки ТЧ10-Р по ГОСТ 21339-75. Подача насоса изменялась в основном регулировкой частоты вращения его ротора.

I - вакуумный насос; 2 - электродвигатель постоянного тока; 3 - цепной вариатор;

4 - вакуумный трубопровод; 5 - образцовый вакуумметр; б - индикатор расхода воздуха;

7 - выпускной патрубок с глушителем

Рисунок I - Общая схема экспериментальной установки

Для записи выходных значений исследуемого объекта использовался аналогово-цифровой преобразователь АЦП J1A-50USB. Этот прибор предназначен для работы в качестве внешнего устройства совместно с ПК типа IBM PC. Основное назначение прибора - преобразование непрерывных (аналоговых) входных сигналов в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки сигналов при помощи ПК.

Определение основных механических свойств твердых материалов осуществлялось с помощью микротвердомера ПМТ-ЗМ (ГОСТ 7865-77), который предназначен риал алмазного наконечника с квадратным основанием типа НПМ по ГОСТ 9377-8, с последующим измерением диагоналей, полученного отпечатка, винтовым окулярным микрометром МДВ-І-І6.

Усилие, прилагаемое роликом для передавливания рабочего шланга, измерялось динамометром.

Результаты исследований. В основу исследования шланговых вакуумных насосов положено изучение осциллограмм давления с момента пуска насоса до его отключения. Анализируя полученные данные, установлено, что имеется начальный (разогревочный) этап, в течение которого для определения микротвердости металлов,

насос достигает тех показателей, которые сплавов, минералов и других материалов присущи непосредственно рабочему этапу, методом вдавливания в испытуемый мате- и заключительный (рисунок 2).

---эксперимент, насос---прототип

Рисунок 2 - Зависимость продолжительности разогревочного этапа от температуры окружающего воздуха

При работе насоса во всасывающем патрубке первой секции насоса происходят колебания давления, а соответственно и подачи вакуумного насоса. Соответственно изменение параметров давления происходило также во 2-й и 3-й секциях насоса (хотя и в меньшей степени). Анализируя данный процесс и сопоставив колебания с частотой вращения ротора насоса, можно сделать вывод о том, что перепад давления в корпусе исследуемого насоса и в эластичной оболочке подвергает оболочку растяжению, а не сжатию, как в серийных насосах. Данное увеличение объёма эластичной оболочки способствует некоторому повышению подачи шлангового насоса.

При уменьшении числа оборотов ротора, колебания глубины вакуума во всасывающем патрубке 1-й секции насоса ДР увеличиваются. Многократный повтор опыта не продемонстрировал точной зависимости колебания глубины вакуума от числа оборотов ротора насоса, но всё же позволил определить примерный диапазон этих значений (рисунок 3).

об/мин

Рисунок 3 - Зависимость колебаний глубины вакуума от числа оборотов ротора насоса

Колебания глубины вакуума на разогревочном этапе также больше, чем в режиме нормальной работы. В режиме нормальной работы насоса (// = 450-550) максимальные колебания глубины вакуума во всасывающем патрубке 1-й секции составляют менее 5 кПа, что не влияет на выполнение необходимых технологических операций доильным аппаратом и установкой, но требует дополнительных механизмов для их сглаживания, в том числе обратных клапанов.

Основным параметром, характеризующим работу шлангового вакуумного насоса, является его объемная подача. Она зависит от геометрических размеров насоса (рисунок 4), шланга, неиспользуемого участка корпуса насоса, играющего роль статора и качества материала, из которого изготовлена эластичная оболочка. В настоящем исследовании рассматривается ещё один фактор, влияющий на объемную подачу насоса - перепад давлений, возникающий из-за разницы степени разряжения внутри эластичной оболочки и снаружи её (корпусе насоса). Отсутствие атмосферного давления внутри корпуса насоса позволяет уменьшить затраты мощности на привод насоса.

Разница между экспериментальными и теоретическими значениями величины объемной подачи объясняется неучтенными утечками и подсосами воздуха в вакуумной системе, с которой проводились опыты.

Влияние на объемную подачу насоса размеров используемых роликов насоса происходит из-за изменения неиспользуемой длины рабочего шланга Ц\ исключающего некоторый объем эластичной оболочки и объем переходной фигуры в сжимаемом ролике шланга. Зависимость объ- емкой подачи насоса от внешнего диаметра ролика ротора показана на рисунке 5. При этом использованы материалы шлангов.

механические характеристики представлены в таблице.

которых

Рисунок 4 - Зависимость объемной подачи шлангового вакуумного насоса от внутреннего диаметра эластичной оболочки

Основные механические характеристики резин, используемых в экспериментальных исследованиях

Тип шланга	Тип каучука	Твёрдость по ТМ-2	Эластичность по отскоку	Е 105, Н/м2	р(экспериментальное)
А	НК	38-42	46 - 50	14	0,495
В	НК+СКС-10	50 - 52	44-48	24	0,480
С	СКС-10	60 - 65	35-38	37	0,470

6’

I - при п = 450 мин"¹; 2 - /г = 550 мин"¹;

а - для шланга А; б - для шланга В; в - для шланга С;

теоретич.;------------эксперимент

Рисунок 5 - Зависимость объёмной подачи насоса от внешнего диаметра ролика ротора

Известно, что глубина вакуума, так же как и объемная подача, является одним из основных факторов.

Зависимость объемной подачи от глубины создаваемого вакуума при использовании рабочих шлангов различных типов и размеров в качестве эластичной оболочки представлена на рисунке 6.

При увеличении глубины вакуума объем эластичной оболочки незначительно увеличивается. Это происходит за счет разности давлений внутри оболочки и в корпусе насоса. Данная разница составляет 5-10%.

5. м³/ч

3,040 43 45 47 49 51 Р.кПа

в а - для рабочего шланга типа А; б - для рабочего шланга типа В;

• в - для рабочего шланга типа С;

• о - экспериментальные данные; - теоретические данные;

I - п = 450 мин"¹; 2 - при и = 550 мин"¹

Рисунок б - Зависимость объемной подачи насоса от глубины вакуума диаметра эластичной оболочки

Далее определена подача насоса в зависимости от диаметра ротора. При проведении опытов было выявлено, что увеличение диаметра ротора насоса при постоянных геометрических параметрах корпуса насоса влечет за собой повышение степени сжатия эластичной оболочки. Соответственно увеличивается объем перекачиваемого воздуха за счет более полного соприкосновения их в месте контакта. Зависимость объемной подачи от диаметра ротора насоса представлена на рисунке 7.

теоретич.

1 - при // = 450 мин"1; 2 - // = 550 мин"1

Рисунок 7 - Зависимость объемной подачи от диаметра ротора насоса

Анализируя полученные данные, можно отметить, что изменение диаметра ротора насоса приводит к небольшому увеличению подачи шлангового насоса при одном и том же диаметре шланга.

Проведенные исследования позволяют выделить те параметры, которые в большей степени влияют на рабочий процесс насоса. К таковым можно отнести: частоту вращения и; степень разряжения (глубина вакуума); тип шланга, основным параметром которого является его внутренний диаметр dw, количество рабочих шлангов z.

Выводы. Нагружением шланга, как гибкой оболочки, внутренней равномерно рассредоточенной силой, можно обеспечить сохранение или даже повышение площади его сечения, что увеличивает подачу шлангового насоса.

Исходя из рациональных значений на ремонт, указаны следующие параметры:

• -    частота вращения - 450 об/мин;

• -    диаметр ролика -19 мм;

• -    внешний диаметр шланга - 23 мм;

• -    конструкция ролика - отдельный ролик на каждый шланг.

Объемная подача вакуумного насоса и глубина вакуума могут меняться за счет изменения площади сечения входного патрубка.

Сила сопротивления качению ролика ротора по деформируемой эластичной оболочке при установившемся движении зависит от диаметра и коэффициента объёмного смятия оболочки, ширины смятого шланга и от вертикальной нагрузки на оболочку со стороны ролика.